一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统和方法，其中，使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统包括：啁啾信号产生装置，用于产生啁啾激光脉冲；以及“飞行聚焦”装置，利用衍射元器件对啁啾激光脉冲进行聚焦，以激发产生空气等离子体，进而产生太赫兹波。本发明专利技术提供的使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统和方法将啁啾激光脉冲和衍射元器件相结合，以控制激光焦点区域内峰值强度的移动速度，以及控制激光光束在聚焦区域的传播，并且传播长度是瑞利长度的许多倍。与现有的利用空气产生太赫兹波方法相比，本发明专利技术产生的太赫兹波的强度大大增强，弥补了目前高强度太赫兹波产生技术领域的空白，具有较强的科研及实际应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统和方法
本专利技术涉及太赫兹波技术和激光领域，具体而言，涉及一种将啁啾激光脉冲与衍射元器件相结合使用，以达到控制聚焦区域中激发产生的空气等离子体移动速度的目的进而产生高强度太赫兹波的系统和方法。
技术介绍
近几年，随着太赫兹源技术的发展，利用空气产生太赫兹波的方法由于具有无损伤阈值、远距离产生等优点而从诸多太赫兹源技术中脱颖而出，在实际中得到很好的应用。为了获得更加优质的太赫兹波，利用空气产生太赫兹波的系统一直在不断的优化。太赫兹波的产生主要依赖于等离子体密度梯度或在光丝中产生非稳定的电流，产生效率主要取决于光丝与太赫兹波的相位匹配，对此可参考文献1“Xu,Xie,Jianming,Dai,and,X,-C,Zhang.CoherentControlofTHzWaveGenerationinAmbientAir[J].Phys.Rev.Lett.,2006,96(075005):7-24”和文献2“K,Y,Kim,J,H,Glownia,A,J,Taylor,and,G,Rodriguez.Terahertzemissionfromultrafastionizingairinsymmetry-brokenlaserfields[J].OpticsExpress,2007,15(8):4577-4584”。在传统方案中，空气等离子体的长度只能通过等离子体折射和自聚焦来保持平衡，导致长度受到限制且无法与太赫兹辐射进行相位匹配。由于光学频率的限制，将太赫兹波的最大强度制约在1014W/cm2量级。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术采用以下技术手段：通过一定的方式使光丝动起来，如此一来，既可以得到更长的高强度等离子体丝又可以满足与太赫兹波的相位匹配。另外，本专利技术进一步将光丝强度与光丝长度分离开来，以及将光丝移动速度与群速度独立开来(关于“群速度”可参考文献3“P,A,Cherenkov.Visibleemissionofcleanliquidsbyactionofγradiation[J].DokladyAkademiiNaukSSSR,1934,2(451)”)，从而得到能够产生更高强度太赫兹波的太赫兹源。为达到上述目的，本专利技术提供了一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统，其包括：啁啾信号产生装置，用于产生啁啾激光脉冲；以及“飞行聚焦”装置，利用衍射元器件对啁啾激光脉冲进行聚焦，以激发产生空气等离子体，进而产生太赫兹波。在本专利技术的一实施例中，使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统还包括：太赫兹波探测装置，用于探测产生的太赫兹波的强度；或太赫兹波扫描装置，用于对太赫兹波的空间分布进行扫描。在本专利技术的一实施例中，所述啁啾信号产生装置包括依次设置于光路上的激光器、光参量放大器以及啁啾激光脉冲产生器件，所述激光器发射的激光脉冲由所述光参量放大器进行放大，之后再经由所述啁啾激光脉冲产生器件进行调制，以产生啁啾激光脉冲。在本专利技术的一实施例中，所述“飞行聚焦”装置包括依次设置于光路上的斩波器、反射镜、衍射元器件以及BBO晶体，啁啾激光脉冲经过所述斩波器后经由所述反射镜进行反射，之后再依次经过所述衍射元器件进行聚焦以及经过所述BBO晶体进行倍频，其中，啁啾激光脉冲中所有频率的激光经过聚焦后的聚焦点位于一条直线上。在本专利技术的一实施例中，所述太赫兹波探测装置包括第一离轴抛物面反射镜、第一硅片、第二离轴抛物面反射镜、第一滤波片和第一太赫兹波强度探测器，第一离轴抛物面反射镜将太赫兹波汇聚形成一束平行光束，该平行光束经过所述第一硅片滤波后投射至所述第二离轴抛物面反射镜，之后再经过所述第一滤波片滤波后进入所述第一太赫兹波强度探测器；所述太赫兹波扫描装置包括第二硅片、第二滤波片、平移台和第二太赫兹波强度探测器，太赫兹波经过第二硅片、第二滤波片后进入固定在平移台上的第二太赫兹波强度探测器，所述平移台能够于水平面内移动，以探测太赫兹波于空间中的分布。在本专利技术的一实施例中，所述激光器为皮秒激光器.在本专利技术的一实施例中，所述啁啾激光脉冲产生器件为衍射光栅或棱镜，所述衍射元器件为菲涅尔透镜。在本专利技术的一实施例中，所述斩波器的频率为15～20Hz。在本专利技术的一实施例中，所述第一太赫兹波强度探测器和所述第二太赫兹波强度探测器为热释电探测器或高莱探测器。本专利技术还提供了一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的方法，该方法应用于上述系统中，其包括以下步骤：S1：利用啁啾信号产生装置产生啁啾激光脉冲；S2：将所述啁啾激光脉冲通过衍射元器件进行聚焦，并通过一片BBO晶体进行倍频，以激发产生空气等离子体，进而产生太赫兹波。本专利技术提供的使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统和方法将啁啾激光脉冲和衍射元器件相结合，以控制激光焦点区域内峰值强度的移动速度，以及控制激光光束在聚焦区域的传播，并且传播长度是瑞利长度的许多倍。与现有的利用空气产生太赫兹波方法相比，本专利技术产生的太赫兹波的强度(>1018W/cm2)大大增强，弥补了目前高强度太赫兹波产生
的空白，具有较强的科研及实际应用价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术“飞行聚焦”的原理示意图；图2a为本专利技术一实施例的使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统的示意图；图2b为本专利技术另一实施例的使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统的示意图；图3a为焦点移动范围为4.5mm时，焦点移动速度与正(虚线)负(实线)线性啁啾激光脉冲持续时间之间的关系示意图；图3b为焦点移动范围为10mm时，焦点移动速度与正(虚线)负(实线)线性啁啾激光脉冲持续时间之间的关系示意图；图4为使用理想透镜(虚线)和飞行焦点(实线)每个纵向位置(z)处的最小光点尺寸，r是距光轴的距离。附图标记说明：A-啁啾信号产生装置；B-“飞行聚焦”装置；C-太赫兹波探测装置；1-激光器；2-光参量放大器；3-啁啾激光脉冲产生器件；4-斩波器；5-反射镜；6-衍射元器件；7-BBO晶体；8-第一离轴抛物面反射镜；9-第一硅片；10-第二离轴抛物面反射镜；11-第一滤波片；12-第一太赫兹波强度探测器；13-第二硅片；14-第二滤波片；15-第二太赫兹波强度探测器；16-平移台。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术中，“飞行聚焦”的原理如下：衍射元器件可以使不同频率的激光对应不同长度的焦距，而啁啾激光脉冲是一种频率随时间周期性变化的激光脉冲，因此，啁啾激光脉冲中不同的频率的激光经过衍射元器件后的焦距也会不同，从而实现光丝的“飞行”。图1为本专利技术“飞行聚焦”的原理示意图，如图1所示，一束带宽为Δλ、脉冲长度为T的啁啾激光脉冲经过菲涅尔透镜聚焦后，形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统，其特征在于，包括：啁啾信号产生装置，用于产生啁啾激光脉冲；以及“飞行聚焦”装置，利用衍射元器件对啁啾激光脉冲进行聚焦，以激发产生空气等离子体，进而产生太赫兹波。

【技术特征摘要】
1.一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统，其特征在于，包括：啁啾信号产生装置，用于产生啁啾激光脉冲；以及“飞行聚焦”装置，利用衍射元器件对啁啾激光脉冲进行聚焦，以激发产生空气等离子体，进而产生太赫兹波。2.根据权利要求1所述的使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统，其特征在于，还包括：太赫兹波探测装置，用于探测产生的太赫兹波的强度；或太赫兹波扫描装置，用于对太赫兹波的空间分布进行扫描。3.根据权利要求1所述的使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统，其特征在于，所述啁啾信号产生装置包括依次设置于光路上的激光器、光参量放大器以及啁啾激光脉冲产生器件，所述激光器发射的激光脉冲由所述光参量放大器进行放大，之后再经由所述啁啾激光脉冲产生器件进行调制，以产生啁啾激光脉冲。4.根据权利要求1所述的使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统，其特征在于，所述“飞行聚焦”装置包括依次设置于光路上的斩波器、反射镜、衍射元器件以及BBO晶体，啁啾激光脉冲经过所述斩波器后经由所述反射镜进行反射，之后再依次经过所述衍射元器件进行聚焦以及经过所述BBO晶体进行倍频，其中，啁啾激光脉冲中所有频率的激光经过聚焦后的聚焦点位于一条直线上。5.根据权利要求2所述的使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统，其特征在于，所述太赫兹波探测装置包括第一离轴抛物面反射镜、第一硅片、第二离轴抛物面反射镜、第一滤波片和第一太赫兹波强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮亮，蒋广通，谭永，冯世嘉，张存林，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11